SlideShare a Scribd company logo
Real-Time in Industriëel
Ethernet
“De toekomst start met de kennis van vandaag”
Geert Bracke
Account Manager BeLux
Hirschmann Automation & Control
Infosessie okt. 2006
(Petro)chemie Infratechniek
Ethernet in industriële omgeving
• (Pharmaceutische) Chemie
• Olie- en gas raffinaderijen
• IJzer- en staalproduktie
• Verkeerautomatisering,
• Tunnel- en brug bewaking
• Rail- en waterwegbewaking
• Openbaar vervoer infosystemen
• Ruwwater transport
• Drinkwater
• Afval water
Water
Voedingsmiddelen
• (Medisch)voedsel productie en
verpakking
• Frisdrank & Bierbrouwerijen
• Zuivelindustrie
AutomotiveMachine control
• Koppeling van samen-
gestelde machines
• HM interface
• Lasrobots
• Productiestraat automatisering
• Component traceerbaarheid
MES
Controle Laag
ERP
Veld
Supervisie
INFORMATIE
Industrial Ethernet
Industrial Ethernet
Veldbus Veldbus Veldbus
Fabrieksnetwerk
Controle Netwerk
DATA
EthernetKantoor Netwerk
x
i
R-VIPT
P OW ER
DA
L S
COM
OUT
I N
Et h e rn e t
VI DEO
OU T - AUDI O - IN
OUT - Al a rm - I N
VI DEO I N
T ra n s p a re n t
D a ta
F AUL T
+ 2 4 V + 2 4 V*
LTC 0xxx
PHILIPS
Apparaatnetwork
wordt vaker Ethernet
Industriëel Ethernet in het bedrijf
VPNVPN
Wat maakt switches industrieel?
Grote diversiteit in aantal en poorttypes
binnen 1 apparaat, of modulaire opbouw
leidt (binnenkort) tot >1000 modelvarianten
USB-stick
aansluiting voor
config.file back-up
M12-D als RJ45 niet meer voldoet
EN50121-4
-40 ¥ +70°C
Approvals
Kapersky
Anti Virus
Firewall / VPN server /
Virus scanner voor
beveiligde koppelingen
G L
Industriële Ethernet (IE) structuren
Netwerk management - SNMP
Netwerkstatus in SCADA-OPC
procescontrol display
Netwerkstatus in stand- alone
Windows of Linux programma
ControlDevice
Interbus
Loop
ASI
Interbus
Seriplex
ProfibusDP
Profibus
FMS
CAN
CCLink
ControlNet
DeviceNet
SDS
WorldFIP/FIP
LonWorks
ProfibusPA
IEC/SP50H1
IEC/SP50
H2
HART
I/O-levelEnterprise-level
Ethernet
ETHERNET
Control-level
Industrieel ethernet vs. veldbussen
Real-time en Industriëel Ethernet
Is Ethernet Real-time geschikt ?
Een definitie :
Als de eisen qua timing voor een applicatie gehaald worden dan kan het sturing,
voor deze toepassing, real-time genoemd worden.
Voor real-time gedrag is het noodzakelijk dat een systeem (sturing) een duidelijk
gedefinieerde, onder alle omstandigheden gegarandeerd, gedrag in de tijd vertoont.
(Determinisme)
Good Old Ethernet
• CSMA-CD volgens IEEE802.3 is per definitie “niet” deterministisch
• Half Duplex hub technologie
• Full Duplex switch technologie
• Lijn-, Ster-, Ring- en vermaasde topologien
Eisen opdat Ethernet vr. Real-time kan ingezet worden :
1. Segmentering
2. Kloksynchronisatie
3. Tijdsleuf gedrag
4 criteria voor Real-time gedrag:
1. Cyclustijd (Reactietijd, Looptijd)
=> Gedefiniëerde timing bovengrens, die in geen geval overschreden mag worden
2. Jitter
=> timing onzekerheid, afwijking van de standaard
3. Synchronisatie
=> Behoud van relatief tijdsverband ts. acties
4. Troughput
=> Over te dragen datahoeveelheid binnen een tijdsinterval
De beste, hoogste RT performanties worden geëist door applicaties in „Motion
Control“
Real-time toepassingen met Ethernet
Gecontroleerde data stroom
=> Gedefinieerde overgang
Netsegment met
Real Time eis
1ste stap = segmentering (clustering)
Creëer logische groepen van gebruikers achter een switch en
houd zicht op de verbinding naar de backbone
Segmentering
Tijd synchronisatie
Netsegment met
Real Time eis
2de stap = Tijdsynchronisatie
Preciese gesynchroniseerde klokken in iedere deelnemer
ontkoppelen de processturing van de bus looptijd
=> Precision Time Protocol IEEE1588 (IEC 61588)
Master klok
Slave klok
Slave klok
Slave klok
Classificatie van Real-Time Protocollen
• 5 actuele protocollen ingedeeld naar
Hardware en Software aanpassingen
• Alle 5 profiteren deze protocollen
van de voordelen en ontwikkelingen
vanuit de kantoor automatisering
• Ethernet /IP en EPL zijn hardware
onafhankelijk en dus geschikt voor
migratie naar Gigabit Ethernet
Ethernet / IP
Eth. Power Link
Profinet IRT (v3)
Sercos-III
EtherCAT
Hardware
Software(OSIlaag3&4)
Proprietair StandaardconformProprietairStandaardconform
Tijdslot mechanisme
Cycle
Slot
1
Slot
2
Slot
3
Slot
4
Slot
5
Slot
n
as.
Slot
1 2 3 4 5 n asyn
c
Cycle
i+1
1 2 3 4 5 n a 1 2 3 4 5 n a 1 2 3 4 5
Cycle i
Deterministisch Ethernet-gedrag volgens tijdsleuf (time-cycle) toegang
Op deze wijze werken :
PowerLink
Profinet IRT (v3)
Sercos-III
Ethernet PowerLink (EPSG)
• Cyclus gebaseerd Real Time systeem met Tijd slots, geintegreerd in het CSMA-CD model
• Master polt de slaves
• Standaard Ethernet frames met type aanduiding „PowerLink“ of „IP“
• Cyclustijd = „n“ slots voor synchrone data + resterende tijd voor asynchrone data
• Segmentering d.m.v. PowerLink Bridge
Ethernet
CSMA/CD
Powerlink Ethernet
CSMA/CD
IP
TCP UDP
IP
TCP UDP
Application
acycl. Data
Powerlink Node Powerlink Bridge TCP/IP Host
Application
cycl. Data acycl. Data
Ethernet
CSMA/CD
Powerlink
Ethernet
CSMA/CD
Bridging
Ethernet
CSMA/CD
Powerlink
IP
TCP UDP
Application
cycl. Data acycl. Data
Powerlink Node
Powerlink Segment
Profinet-IRT (PNO)
• Cyclus gebaseerd hardware Real-Time systeem, met Tijdslots
• Koppeling via speciale Chip (ASIC) in netwerk apparatuur en speciale switches in field devices
• Master polt de slaves
• Cyclustijd = „n“ slots voor isochrone data + resterende tijd voor asynchrone data
PROFInet v3 IRT
Sercos III (IGS)
• Maakt gebruik van de fysieke Ethernet apparatuur en Sercos mechanisme
• Hardware gebaseerde synchronisatie en ring topologie
• Sercos III werkt zonder hubs of switches
• Doorlus systeem met speciale chip in alle apparaten
• Cyclustijd = „n“ slots voor isochrone data + resterende tijd voor asynchrone data
• Segmentering d.m.v. Real-Time Bridge
EtherCAT (ETG)
• Gebruikt de frame structuur van Ethernet met hardware protocol processing
• Frames gaan niet naar alle slaves, maar frames gaan van slave tot slave
• Speciale Chip converteert het Ethernet signaal in een zgn. E-bus
• Real Time data gaat in EtherCAT frames, IP-data wordt getunneld in EtherCAT frames
• Tunneling vindt plaats in virtuele Ethernet Switches
Frame structuur
Framestructuur van de tijdslot systemen :
Source
MAC
Destin.
MAC
Ethertype
= Realtime
Realtime-Data TN x FCS
Source
MAC
Destin.
MAC
Ethertype
= IP
IP-Header FCSIP-Data
(TCP-Header, TCP-Data)
EtherCAT Source
MAC
Destin.
MAC
Ethertype
= EtherCAT
HDR
TN 1
FCSData
TN 1
HDR
TN 2
Data
TN 2
....
Realtime- &
algemeen
Verkeer
EPL
Profinet IRT
Sercos-III
isochroon
Verkeer
asynchroon
Verkeer
Ethernet-TCP/IP Telegram
Ethernet-Header
getunneld
Ethernet-TCP/IP Telegram
Ethernet/IP (ODVA)
• Volledig gebaseerd op de Ethernet standaard
• Niet cyclus gebaseerd maar tijdgebaseerd.
• Real-Time door 3 standaard mechanismen : UDP, Prioriteit-QoS en IEEE1588
• Master zendt stuurcommando‘s met exacte uitvoeringstijd
ControlNet
Phys. layer
DeviceNet
Phys. layer
EtherNet
Physical layer
ControlNet
CTDMA
DeviceNet
Phys. layer
EtherNet
CSMA/CD
ControlNet
Transport
DeviceNet
Transport
IP
TCP UDP
Encapsulation CPF
CIP message routing, connection management
CIP data management services
Explicit messages, I/O messages
CIP application layer
Application object library
Semi-
conductors
Pneumatic
valves
AC drivers
Position
controls
Other device
profiles
Possible
future
alternatives:
other
networks
FTP
SNMP
HTTP
SMTP
CIP
100 Mbit/s< 0.1 µs≈ 0.1 msETGEtherCAT
100 Mbit/s< 0.1 µs< 0.5 msIGSSercos-III
100 Mbit/s< 1 µs< 1 msPNOProfinet v.3
100 Mbit/s< 1 µs< 1 msEPSGEthernet Powerlink
100 Mbit/s< 1 µs≈ 1 msODVAEthernet/IP CIPSync
Data rateJittercyclustijd
(voor 100 assen)
Organisatie
Vergelijking van Real-Time protocollen
Wat is Real Time…
- Het is geen absoluut gegeven, maar afhankelijk van de applicatie
- 2 prestatieparameters : cyclustijd en jitter
Conclusie: hoe meer proprietair, hoe sneller !?
Vergelijking met veldbussen
174 packets/ms72 bytes100 Mbit/sEthernet
142 packets/ms14 bytes16 Mbit/sSercos-II
79 packets/ms19 bytes12 Mbit/sProfibus DP
Theoretische packet overdrachtPacket size (met 8 bytes user data)Transfer rate
Ethernet is even snel/sneller dan de traditionele veldbussen
vanwege hoge kloksnelheid (100 Mb/s)
Er is 1 technologie te beheersen
Er is 1 soort infrastructuur nodig (Ethernet)
Gebruik van Web based HMI’s
Verticale integratie van real-time netwewrksegment zonder
protocol omzetters (gateways)
Test opstelling
Master Clock Boundary
Clock Slave Clock
PPS Out PPS Out
Full Network
Traffic up to 90% @ 100MBit/s
PTP IEEE 1588 - Implementatie
Gemeten kloktijd synchroniteit
(Master Clock ->
Switch (Boundary Clock) ->
Switch (Slave Clock)
±120ns
(gemeten over 84h)
GPS ref.
clock
Synchronisatie Snelheid
- Tijdsduur totdat 2 klokken gelijk lopen (hersync. elke 2 sec.)
T
ra
n
s
ie
n
t
O
s
c
illa
tio
n
-2
0
0
0
0
-1
5
0
0
0
-1
0
0
0
0
-5
0
0
00
5
0
0
0
1
0
0
0
0
1
5
0
0
0
2
0
0
0
0
0
2
0
4
0
6
0
8
0
1
0
0
1
2
0
tim
e
[s]
Offset[ns]
O
ffs
e
t
P
I-O
u
t
D
rift
Drift / rate [ns/s]
PTP IEEE 1588 - Implementatie
Applikationsbeispiel
Ferromatik Milacron
 100% Electrische spuitgiet machine
 Goedkoper dan hydraulische machines
 Sturing over ETHERNET Powerlink
 Kracht, snelheid en positionering
 Transparantheid van data voor kwaliteitssysteem
„ETHERNET Powerlink ist das ideale Vehikel
für Spritzgießmaschinen. Man kann Alles mit nur
einem Netzwerk verbinden.“
Dr. Kalis, Leiter Entwicklung/Konstruktion
Voorbeeld (1)
Bystronic
 Automobiel-Glasbewerking
(snijden, slijpen, boren)
 Snijden = kerven & Breken
 150m/min kerf snelheid
 5/100mm nauwkeurigheid
 X-Y-tafel met tangentiale snijdraden
 15 Assen en meer
 800µs cyclustijd
„ETHERNET Powerlink soll der Feldbus der Zukunft werden.“
Ing. Deprato, Development Engineer Controls
Voorbeeld (2)
KMK Maschinen AG
 Tube vulmachine
 Korte omsteltijden (<10min)
 120 Tubes/minuut
 Eisen
 Eenvoudige bekabeling
 Dynamisch
 Flexible visualisiering
 Bewaking over internet
 Implementatie
 ETHERNET Powerlink
 800µs cyclustijd
 15 aandrijvingen
 verspreide I/Os
Voorbeeld (3)
Conclusie
Om Ethernet Real-Time te maken is geen een afwijking van de standaard
nodig. Het hangt van de applicatie af.
De cyclustijd wordt bij veel processen elders bepaald dan in het netwerk
Ethernet Standaard mechanismes die vandaag de dag beschikbaar zijn:
• Geswitched Full Duplex netwerk
• Fast Ethernet of Gigabit Ethernet
• Transport protocol in UDP in plaats van TCP
• Quality of Service ( prioritisatie)
• Netwerk segmentatie (VLAN)
• Tijd synchronisatie via IEEE1588 (PTP)
Ethernet is een open standaard, dus geen strikte fabrikant afhankelijkheid
Haal voordeel uit de snelheid van ontwikkelingen op IT gebied die in de
markt plaatsvinden (oa. Gigabit techniek in industriële netwerken!)
Vragen?
Dank voor uw aandacht

More Related Content

Similar to Real-Time in industriëel Ehternet

PhD presentation
PhD presentationPhD presentation
PhD presentation
Wim Heirman
 
Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0
Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0
Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0
Rien van der Laan
 
H2g O 2010 (Powerpoint 2003)
H2g O 2010 (Powerpoint 2003)H2g O 2010 (Powerpoint 2003)
H2g O 2010 (Powerpoint 2003)
Eric Heersink
 
Het wat, hoe en waarom van gidistribueerde componenten
Het wat, hoe en waarom van gidistribueerde componentenHet wat, hoe en waarom van gidistribueerde componenten
Het wat, hoe en waarom van gidistribueerde componenten
Patrick Koning
 
Presenatie cisco 20101115
Presenatie cisco 20101115Presenatie cisco 20101115
Presenatie cisco 20101115
previder
 
Paul Mignot - withthegrid
Paul Mignot - withthegridPaul Mignot - withthegrid
Paul Mignot - withthegrid
Dutch Power
 
7. Olaf Peters - Technolution
7. Olaf Peters - Technolution7. Olaf Peters - Technolution
7. Olaf Peters - Technolution
Dutch Power
 
090101 Energiebeheer Op Afstand
090101 Energiebeheer Op Afstand090101 Energiebeheer Op Afstand
090101 Energiebeheer Op Afstand
Marcel Laes
 
Olaf Peters - Technolution Spark
Olaf Peters - Technolution SparkOlaf Peters - Technolution Spark
Olaf Peters - Technolution Spark
GuidoBacker1
 
Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...
Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...
Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...
FHI branche Industriële Automatisering
 
Grid Technologie
Grid TechnologieGrid Technologie
Grid Technologie
Leo Plugge
 
2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen
2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen
2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen
Niek Schmoller
 
Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2
Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2
Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2
Digipolis Antwerpen
 
Internet of things
Internet of thingsInternet of things
Internet of things
SammyRommelaere
 
Arnaud Thoen
Arnaud ThoenArnaud Thoen
Arnaud Thoen
Dutch Power
 
Webinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier network
Webinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier networkWebinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier network
Webinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier network
Tradecloud supply chain platform
 
Supernet NL - De eerste supergeleidende kabel in Nederland
Supernet NL - De eerste supergeleidende kabel in NederlandSupernet NL - De eerste supergeleidende kabel in Nederland
Supernet NL - De eerste supergeleidende kabel in Nederland
Dutch Power
 

Similar to Real-Time in industriëel Ehternet (20)

Netflow Performance
Netflow PerformanceNetflow Performance
Netflow Performance
 
PhD presentation
PhD presentationPhD presentation
PhD presentation
 
Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0
Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0
Salespresentatie Previder Datacenters rvl 1.0
 
H2g O 2010 (Powerpoint 2003)
H2g O 2010 (Powerpoint 2003)H2g O 2010 (Powerpoint 2003)
H2g O 2010 (Powerpoint 2003)
 
Het wat, hoe en waarom van gidistribueerde componenten
Het wat, hoe en waarom van gidistribueerde componentenHet wat, hoe en waarom van gidistribueerde componenten
Het wat, hoe en waarom van gidistribueerde componenten
 
Presenatie cisco 20101115
Presenatie cisco 20101115Presenatie cisco 20101115
Presenatie cisco 20101115
 
Paul Mignot - withthegrid
Paul Mignot - withthegridPaul Mignot - withthegrid
Paul Mignot - withthegrid
 
7. Olaf Peters - Technolution
7. Olaf Peters - Technolution7. Olaf Peters - Technolution
7. Olaf Peters - Technolution
 
090101 Energiebeheer Op Afstand
090101 Energiebeheer Op Afstand090101 Energiebeheer Op Afstand
090101 Energiebeheer Op Afstand
 
Olaf Peters - Technolution Spark
Olaf Peters - Technolution SparkOlaf Peters - Technolution Spark
Olaf Peters - Technolution Spark
 
Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...
Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...
Ready for Industry 4.0? Build a Smart Industrial Network with Cross Managemen...
 
Datahouse
Datahouse Datahouse
Datahouse
 
Grid Technologie
Grid TechnologieGrid Technologie
Grid Technologie
 
IDMEF Specifics
IDMEF SpecificsIDMEF Specifics
IDMEF Specifics
 
2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen
2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen
2015 01-15.exception twente.ruud jeurissen
 
Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2
Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2
Meetup 25/4/2016 - Functionele IoT architectuur Antwerpen v2
 
Internet of things
Internet of thingsInternet of things
Internet of things
 
Arnaud Thoen
Arnaud ThoenArnaud Thoen
Arnaud Thoen
 
Webinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier network
Webinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier networkWebinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier network
Webinar - Wat is SCSN? - smart connected supplier network
 
Supernet NL - De eerste supergeleidende kabel in Nederland
Supernet NL - De eerste supergeleidende kabel in NederlandSupernet NL - De eerste supergeleidende kabel in Nederland
Supernet NL - De eerste supergeleidende kabel in Nederland
 

More from ie-net ingenieursvereniging vzw

Ultrasoon_Clamp-on.pdf
Ultrasoon_Clamp-on.pdfUltrasoon_Clamp-on.pdf
Ultrasoon_Clamp-on.pdf
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Elektromagnetische_debietmeters.pdf
Elektromagnetische_debietmeters.pdfElektromagnetische_debietmeters.pdf
Elektromagnetische_debietmeters.pdf
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
SGS Skybase (NL) .pdf
SGS Skybase (NL) .pdfSGS Skybase (NL) .pdf
SGS Skybase (NL) .pdf
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
VEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdf
VEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdfVEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdf
VEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdf
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
From process to emission
From process to emissionFrom process to emission
From process to emission
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)
Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)
Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Connecting fieldbus power and knowledge
Connecting fieldbus power and knowledgeConnecting fieldbus power and knowledge
Connecting fieldbus power and knowledge
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Frequentieregelaars
FrequentieregelaarsFrequentieregelaars
Frequentieregelaars
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)
Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)
Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Veiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tankVeiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tank
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Veiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tankVeiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tank
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Hima cyber security
Hima cyber securityHima cyber security
Hima cyber security
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Vik g.haekens-atex risico evaluatie
Vik g.haekens-atex risico evaluatieVik g.haekens-atex risico evaluatie
Vik g.haekens-atex risico evaluatie
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Hoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig efficient
Hoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig  efficientHoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig  efficient
Hoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig efficient
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Checklist tankcontrole 2018 bacd
Checklist tankcontrole 2018 bacdChecklist tankcontrole 2018 bacd
Checklist tankcontrole 2018 bacd
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Controle en ingebruikname van uw opslagtank
Controle en ingebruikname van uw opslagtankControle en ingebruikname van uw opslagtank
Controle en ingebruikname van uw opslagtank
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Certainly not explosive (Eng)
Certainly not explosive (Eng)Certainly not explosive (Eng)
Certainly not explosive (Eng)
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)
ie-net ingenieursvereniging vzw
 
Tuev sued-drives-and-controls-2014-presentation
Tuev sued-drives-and-controls-2014-presentationTuev sued-drives-and-controls-2014-presentation
Tuev sued-drives-and-controls-2014-presentation
ie-net ingenieursvereniging vzw
 

More from ie-net ingenieursvereniging vzw (20)

Ultrasoon_Clamp-on.pdf
Ultrasoon_Clamp-on.pdfUltrasoon_Clamp-on.pdf
Ultrasoon_Clamp-on.pdf
 
Elektromagnetische_debietmeters.pdf
Elektromagnetische_debietmeters.pdfElektromagnetische_debietmeters.pdf
Elektromagnetische_debietmeters.pdf
 
SGS Skybase (NL) .pdf
SGS Skybase (NL) .pdfSGS Skybase (NL) .pdf
SGS Skybase (NL) .pdf
 
VEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdf
VEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdfVEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdf
VEGA-Radar vs US-26APR2022-NL.pdf
 
From process to emission
From process to emissionFrom process to emission
From process to emission
 
Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)
Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)
Contactloos volume flow meting op transportbanden (ENG.)
 
Connecting fieldbus power and knowledge
Connecting fieldbus power and knowledgeConnecting fieldbus power and knowledge
Connecting fieldbus power and knowledge
 
Frequentieregelaars
FrequentieregelaarsFrequentieregelaars
Frequentieregelaars
 
Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)
Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)
Breekplaten beademingsmachines vlamdover (NED.)
 
Veiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tankVeiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tank
 
Veiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tankVeiligheden rond de tank
Veiligheden rond de tank
 
Hima cyber security
Hima cyber securityHima cyber security
Hima cyber security
 
Vik g.haekens-atex risico evaluatie
Vik g.haekens-atex risico evaluatieVik g.haekens-atex risico evaluatie
Vik g.haekens-atex risico evaluatie
 
Hoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig efficient
Hoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig  efficientHoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig  efficient
Hoe maak ik de omgeving van mijn opslagtank veilig efficient
 
Checklist tankcontrole 2018 bacd
Checklist tankcontrole 2018 bacdChecklist tankcontrole 2018 bacd
Checklist tankcontrole 2018 bacd
 
Controle en ingebruikname van uw opslagtank
Controle en ingebruikname van uw opslagtankControle en ingebruikname van uw opslagtank
Controle en ingebruikname van uw opslagtank
 
Certainly not explosive (Eng)
Certainly not explosive (Eng)Certainly not explosive (Eng)
Certainly not explosive (Eng)
 
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (Nl.)
 
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)
Elektrische installaties in ruimtes met stofexplosiegevaar (1.3 Mb) (Nl.)
 
Tuev sued-drives-and-controls-2014-presentation
Tuev sued-drives-and-controls-2014-presentationTuev sued-drives-and-controls-2014-presentation
Tuev sued-drives-and-controls-2014-presentation
 

Real-Time in industriëel Ehternet

  • 1. Real-Time in Industriëel Ethernet “De toekomst start met de kennis van vandaag” Geert Bracke Account Manager BeLux Hirschmann Automation & Control Infosessie okt. 2006
  • 2. (Petro)chemie Infratechniek Ethernet in industriële omgeving • (Pharmaceutische) Chemie • Olie- en gas raffinaderijen • IJzer- en staalproduktie • Verkeerautomatisering, • Tunnel- en brug bewaking • Rail- en waterwegbewaking • Openbaar vervoer infosystemen • Ruwwater transport • Drinkwater • Afval water Water Voedingsmiddelen • (Medisch)voedsel productie en verpakking • Frisdrank & Bierbrouwerijen • Zuivelindustrie AutomotiveMachine control • Koppeling van samen- gestelde machines • HM interface • Lasrobots • Productiestraat automatisering • Component traceerbaarheid
  • 3. MES Controle Laag ERP Veld Supervisie INFORMATIE Industrial Ethernet Industrial Ethernet Veldbus Veldbus Veldbus Fabrieksnetwerk Controle Netwerk DATA EthernetKantoor Netwerk x i R-VIPT P OW ER DA L S COM OUT I N Et h e rn e t VI DEO OU T - AUDI O - IN OUT - Al a rm - I N VI DEO I N T ra n s p a re n t D a ta F AUL T + 2 4 V + 2 4 V* LTC 0xxx PHILIPS Apparaatnetwork wordt vaker Ethernet Industriëel Ethernet in het bedrijf
  • 4. VPNVPN Wat maakt switches industrieel? Grote diversiteit in aantal en poorttypes binnen 1 apparaat, of modulaire opbouw leidt (binnenkort) tot >1000 modelvarianten USB-stick aansluiting voor config.file back-up M12-D als RJ45 niet meer voldoet EN50121-4 -40 ¥ +70°C Approvals Kapersky Anti Virus Firewall / VPN server / Virus scanner voor beveiligde koppelingen G L
  • 6. Netwerk management - SNMP Netwerkstatus in SCADA-OPC procescontrol display Netwerkstatus in stand- alone Windows of Linux programma
  • 8. Real-time en Industriëel Ethernet Is Ethernet Real-time geschikt ? Een definitie : Als de eisen qua timing voor een applicatie gehaald worden dan kan het sturing, voor deze toepassing, real-time genoemd worden. Voor real-time gedrag is het noodzakelijk dat een systeem (sturing) een duidelijk gedefinieerde, onder alle omstandigheden gegarandeerd, gedrag in de tijd vertoont. (Determinisme)
  • 9. Good Old Ethernet • CSMA-CD volgens IEEE802.3 is per definitie “niet” deterministisch • Half Duplex hub technologie • Full Duplex switch technologie • Lijn-, Ster-, Ring- en vermaasde topologien Eisen opdat Ethernet vr. Real-time kan ingezet worden : 1. Segmentering 2. Kloksynchronisatie 3. Tijdsleuf gedrag
  • 10. 4 criteria voor Real-time gedrag: 1. Cyclustijd (Reactietijd, Looptijd) => Gedefiniëerde timing bovengrens, die in geen geval overschreden mag worden 2. Jitter => timing onzekerheid, afwijking van de standaard 3. Synchronisatie => Behoud van relatief tijdsverband ts. acties 4. Troughput => Over te dragen datahoeveelheid binnen een tijdsinterval De beste, hoogste RT performanties worden geëist door applicaties in „Motion Control“ Real-time toepassingen met Ethernet
  • 11. Gecontroleerde data stroom => Gedefinieerde overgang Netsegment met Real Time eis 1ste stap = segmentering (clustering) Creëer logische groepen van gebruikers achter een switch en houd zicht op de verbinding naar de backbone Segmentering
  • 12. Tijd synchronisatie Netsegment met Real Time eis 2de stap = Tijdsynchronisatie Preciese gesynchroniseerde klokken in iedere deelnemer ontkoppelen de processturing van de bus looptijd => Precision Time Protocol IEEE1588 (IEC 61588) Master klok Slave klok Slave klok Slave klok
  • 13. Classificatie van Real-Time Protocollen • 5 actuele protocollen ingedeeld naar Hardware en Software aanpassingen • Alle 5 profiteren deze protocollen van de voordelen en ontwikkelingen vanuit de kantoor automatisering • Ethernet /IP en EPL zijn hardware onafhankelijk en dus geschikt voor migratie naar Gigabit Ethernet Ethernet / IP Eth. Power Link Profinet IRT (v3) Sercos-III EtherCAT Hardware Software(OSIlaag3&4) Proprietair StandaardconformProprietairStandaardconform
  • 14. Tijdslot mechanisme Cycle Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot 4 Slot 5 Slot n as. Slot 1 2 3 4 5 n asyn c Cycle i+1 1 2 3 4 5 n a 1 2 3 4 5 n a 1 2 3 4 5 Cycle i Deterministisch Ethernet-gedrag volgens tijdsleuf (time-cycle) toegang Op deze wijze werken : PowerLink Profinet IRT (v3) Sercos-III
  • 15. Ethernet PowerLink (EPSG) • Cyclus gebaseerd Real Time systeem met Tijd slots, geintegreerd in het CSMA-CD model • Master polt de slaves • Standaard Ethernet frames met type aanduiding „PowerLink“ of „IP“ • Cyclustijd = „n“ slots voor synchrone data + resterende tijd voor asynchrone data • Segmentering d.m.v. PowerLink Bridge Ethernet CSMA/CD Powerlink Ethernet CSMA/CD IP TCP UDP IP TCP UDP Application acycl. Data Powerlink Node Powerlink Bridge TCP/IP Host Application cycl. Data acycl. Data Ethernet CSMA/CD Powerlink Ethernet CSMA/CD Bridging Ethernet CSMA/CD Powerlink IP TCP UDP Application cycl. Data acycl. Data Powerlink Node Powerlink Segment
  • 16. Profinet-IRT (PNO) • Cyclus gebaseerd hardware Real-Time systeem, met Tijdslots • Koppeling via speciale Chip (ASIC) in netwerk apparatuur en speciale switches in field devices • Master polt de slaves • Cyclustijd = „n“ slots voor isochrone data + resterende tijd voor asynchrone data PROFInet v3 IRT
  • 17. Sercos III (IGS) • Maakt gebruik van de fysieke Ethernet apparatuur en Sercos mechanisme • Hardware gebaseerde synchronisatie en ring topologie • Sercos III werkt zonder hubs of switches • Doorlus systeem met speciale chip in alle apparaten • Cyclustijd = „n“ slots voor isochrone data + resterende tijd voor asynchrone data • Segmentering d.m.v. Real-Time Bridge
  • 18. EtherCAT (ETG) • Gebruikt de frame structuur van Ethernet met hardware protocol processing • Frames gaan niet naar alle slaves, maar frames gaan van slave tot slave • Speciale Chip converteert het Ethernet signaal in een zgn. E-bus • Real Time data gaat in EtherCAT frames, IP-data wordt getunneld in EtherCAT frames • Tunneling vindt plaats in virtuele Ethernet Switches
  • 19. Frame structuur Framestructuur van de tijdslot systemen : Source MAC Destin. MAC Ethertype = Realtime Realtime-Data TN x FCS Source MAC Destin. MAC Ethertype = IP IP-Header FCSIP-Data (TCP-Header, TCP-Data) EtherCAT Source MAC Destin. MAC Ethertype = EtherCAT HDR TN 1 FCSData TN 1 HDR TN 2 Data TN 2 .... Realtime- & algemeen Verkeer EPL Profinet IRT Sercos-III isochroon Verkeer asynchroon Verkeer Ethernet-TCP/IP Telegram Ethernet-Header getunneld Ethernet-TCP/IP Telegram
  • 20. Ethernet/IP (ODVA) • Volledig gebaseerd op de Ethernet standaard • Niet cyclus gebaseerd maar tijdgebaseerd. • Real-Time door 3 standaard mechanismen : UDP, Prioriteit-QoS en IEEE1588 • Master zendt stuurcommando‘s met exacte uitvoeringstijd ControlNet Phys. layer DeviceNet Phys. layer EtherNet Physical layer ControlNet CTDMA DeviceNet Phys. layer EtherNet CSMA/CD ControlNet Transport DeviceNet Transport IP TCP UDP Encapsulation CPF CIP message routing, connection management CIP data management services Explicit messages, I/O messages CIP application layer Application object library Semi- conductors Pneumatic valves AC drivers Position controls Other device profiles Possible future alternatives: other networks FTP SNMP HTTP SMTP CIP
  • 21. 100 Mbit/s< 0.1 µs≈ 0.1 msETGEtherCAT 100 Mbit/s< 0.1 µs< 0.5 msIGSSercos-III 100 Mbit/s< 1 µs< 1 msPNOProfinet v.3 100 Mbit/s< 1 µs< 1 msEPSGEthernet Powerlink 100 Mbit/s< 1 µs≈ 1 msODVAEthernet/IP CIPSync Data rateJittercyclustijd (voor 100 assen) Organisatie Vergelijking van Real-Time protocollen Wat is Real Time… - Het is geen absoluut gegeven, maar afhankelijk van de applicatie - 2 prestatieparameters : cyclustijd en jitter Conclusie: hoe meer proprietair, hoe sneller !?
  • 22. Vergelijking met veldbussen 174 packets/ms72 bytes100 Mbit/sEthernet 142 packets/ms14 bytes16 Mbit/sSercos-II 79 packets/ms19 bytes12 Mbit/sProfibus DP Theoretische packet overdrachtPacket size (met 8 bytes user data)Transfer rate Ethernet is even snel/sneller dan de traditionele veldbussen vanwege hoge kloksnelheid (100 Mb/s) Er is 1 technologie te beheersen Er is 1 soort infrastructuur nodig (Ethernet) Gebruik van Web based HMI’s Verticale integratie van real-time netwewrksegment zonder protocol omzetters (gateways)
  • 23. Test opstelling Master Clock Boundary Clock Slave Clock PPS Out PPS Out Full Network Traffic up to 90% @ 100MBit/s PTP IEEE 1588 - Implementatie Gemeten kloktijd synchroniteit (Master Clock -> Switch (Boundary Clock) -> Switch (Slave Clock) ±120ns (gemeten over 84h) GPS ref. clock
  • 24. Synchronisatie Snelheid - Tijdsduur totdat 2 klokken gelijk lopen (hersync. elke 2 sec.) T ra n s ie n t O s c illa tio n -2 0 0 0 0 -1 5 0 0 0 -1 0 0 0 0 -5 0 0 00 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 tim e [s] Offset[ns] O ffs e t P I-O u t D rift Drift / rate [ns/s] PTP IEEE 1588 - Implementatie
  • 25. Applikationsbeispiel Ferromatik Milacron  100% Electrische spuitgiet machine  Goedkoper dan hydraulische machines  Sturing over ETHERNET Powerlink  Kracht, snelheid en positionering  Transparantheid van data voor kwaliteitssysteem „ETHERNET Powerlink ist das ideale Vehikel für Spritzgießmaschinen. Man kann Alles mit nur einem Netzwerk verbinden.“ Dr. Kalis, Leiter Entwicklung/Konstruktion Voorbeeld (1)
  • 26. Bystronic  Automobiel-Glasbewerking (snijden, slijpen, boren)  Snijden = kerven & Breken  150m/min kerf snelheid  5/100mm nauwkeurigheid  X-Y-tafel met tangentiale snijdraden  15 Assen en meer  800µs cyclustijd „ETHERNET Powerlink soll der Feldbus der Zukunft werden.“ Ing. Deprato, Development Engineer Controls Voorbeeld (2)
  • 27. KMK Maschinen AG  Tube vulmachine  Korte omsteltijden (<10min)  120 Tubes/minuut  Eisen  Eenvoudige bekabeling  Dynamisch  Flexible visualisiering  Bewaking over internet  Implementatie  ETHERNET Powerlink  800µs cyclustijd  15 aandrijvingen  verspreide I/Os Voorbeeld (3)
  • 28. Conclusie Om Ethernet Real-Time te maken is geen een afwijking van de standaard nodig. Het hangt van de applicatie af. De cyclustijd wordt bij veel processen elders bepaald dan in het netwerk Ethernet Standaard mechanismes die vandaag de dag beschikbaar zijn: • Geswitched Full Duplex netwerk • Fast Ethernet of Gigabit Ethernet • Transport protocol in UDP in plaats van TCP • Quality of Service ( prioritisatie) • Netwerk segmentatie (VLAN) • Tijd synchronisatie via IEEE1588 (PTP) Ethernet is een open standaard, dus geen strikte fabrikant afhankelijkheid Haal voordeel uit de snelheid van ontwikkelingen op IT gebied die in de markt plaatsvinden (oa. Gigabit techniek in industriële netwerken!)